ES2936622T3 - Procedure for manufacturing a propeller blade and propeller blade - Google Patents
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Abstract
La presente invención consiste en un método para fabricar una pala (1) para una hélice, dicha pala (1) tiene un borde de ataque (2) y un borde de salida, comprendiendo el método los pasos de: formar un conducto en la pala (1) , practicando una pluralidad de orificios (7) a través de los cuales el conducto (6) comunica con el exterior de la pala (1), y proporcionando una hoja en bruto que tiene una superficie receptora de parte de borde (4) que se extiende a lo largo de al menos una parte importante de la hoja. borde de ataque (2) de la pala (1) a fabricar, en el que formar un conducto (6) comprende construir una parte de borde (3) sobre la superficie receptora de la parte de borde (4) mediante un proceso de fabricación aditiva a base de alambre,en el que el proceso de fabricación aditiva está adaptado para formar el conducto (6) delimitado al menos parcialmente por la parte de borde (3) y que se extiende a lo largo del borde de ataque (2) de la pala (1) a fabricar. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention consists of a method for manufacturing a blade (1) for a propeller, said blade (1) has a leading edge (2) and a trailing edge, the method comprising the steps of: forming a duct in the blade (1), making a plurality of holes (7) through which the conduit (6) communicates with the exterior of the blade (1), and providing a blank sheet having an edge part receiving surface (4 ) that extends along at least a major part of the leaf. leading edge (2) of the blade (1) to be manufactured, wherein forming a duct (6) comprises constructing an edge portion (3) on the edge portion-receiving surface (4) by a manufacturing process wire-based additive manufacturing, wherein the additive manufacturing process is adapted to form the conduit (6) delimited at least partially by the edge portion (3) and extending along the leading edge (2) of the blade (1) to be manufactured. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de fabricación de una pala de hélice y pala de héliceProcedure for manufacturing a propeller blade and propeller blade
Campo de la invenciónfield of invention
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una pala para una hélice, y a una pala para una hélice según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 8 respectivamente (véase, por ejemplo, Military Specification Propellers, Ship, Controllable Pitch (metric), ref. d Od-P-24562A(SH), del 01-11/1982).The present invention relates to a method of manufacturing a blade for a propeller, and a blade for a propeller according to the preamble of claims 1 and 8 respectively (see, for example, Military Specification Propellers, Ship, Controllable Pitch (metric) , ref d O d -P-24562A(SH), from 01-11/1982).
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Las palas de las hélices pueden sufrir el problema de la cavitación adyacente al borde de ataque de la pala. La cavitación se produce normalmente en el lado de succión o en la región de la punta de la pala. La cavitación creará un espectro de ruido significativamente mayor, y un proceso de colapso por cavitación puede causar graves daños a la pala e incluso destruirla. Se han realizado muchos intentos para hacer frente al problema de la cavitación. Una técnica utilizada consiste en soplar aire a presión en la región donde se espera que se produzca la cavitación. Según una técnica tradicional, esto se consigue proporcionando un conducto dentro de la pala, adyacente a su borde de ataque. El conducto está, mediante una pluralidad de orificios, conectado a la succión, o a ambos lados de la pala, adyacente al borde de ataque. El conducto está, mediante un conducto de suministro a través de la pala de la hélice, conectado a una fuente de aire a presión. Mediante el soplado de aire, a través del conducto de suministro, el conducto y los orificios, se suprime el proceso de colapso de la cavitación de forma que se elimina o al menos se reduce la erosión por cavitación. El espectro sonoro de la pala de la hélice también se ve afectado por el soplado de aire.Propeller blades can suffer from cavitation adjacent to the leading edge of the blade. Cavitation typically occurs in the suction side or blade tip region. Cavitation will create a significantly larger noise spectrum, and a cavitation collapse process can severely damage or even destroy the blade. Many attempts have been made to deal with the problem of cavitation. One technique used is to blow pressurized air into the region where cavitation is expected to occur. According to a traditional technique, this is achieved by providing a conduit within the blade, adjacent to its leading edge. The duct is, through a plurality of holes, connected to the suction, or to both sides of the blade, adjacent to the leading edge. The conduit is, via a supply conduit through the propeller blade, connected to a source of pressurized air. By blowing air through the supply duct, duct and orifices, the cavitation collapse process is suppressed so that cavitation erosion is eliminated or at least reduced. The sound spectrum of the propeller blade is also affected by the blowing air.
La fabricación del conducto es complicada debido a la forma normalmente compleja del borde de ataque de una pala. Una técnica conocida consiste en hacer una ranura en el lado de succión de la pala, a lo largo del borde de ataque. A continuación, la ranura se cierra soldando una cubierta en su parte superior. A continuación, se mecaniza la cubierta y la zona circundante del lado de succión para obtener una superficie lisa. Este procedimiento, sin embargo, conlleva un riesgo de grietas en la región de la cubierta, en particular en el lado de la misma encarada al borde de ataque. Por tanto, estas y otras soluciones similares también presentan desventajas, y además son relativamente costosas.The manufacture of the chute is complicated due to the normally complex shape of the leading edge of a blade. One known technique consists in making a slot in the suction side of the blade, along the leading edge. The slot is then closed by welding a cover to its top. The cover and the surrounding area on the suction side are then machined to a smooth surface. This procedure, however, carries a risk of cracks in the region of the deck, in particular on the side of the deck facing the leading edge. Therefore, these and other similar solutions also have disadvantages, and are also relatively expensive.
Por lo tanto, es necesario proporcionar alternativas para obtener el sistema de conductos necesario para distribuir aire a presión a las regiones en las que pueda producirse cavitación.Therefore, it is necessary to provide alternatives to obtain the duct system necessary to distribute pressurized air to the regions where cavitation may occur.
El documento US1540108 Adescribe una hélice de aeroplano, en la que las palas tienen conductos y pasajes para extraer aire de la parte de ataque de los bordes de ataque de las palas, para minimizar la resistencia a la fricción del aire contra los bordes de ataque.US1540108 A describes an airplane propeller, in which the blades have ducts and passages for extracting air from the leading part of the leading edges of the blades, to minimize the drag of the air against the leading edges.
El documento US2014126995 A1 describe un componente de turbina refrigerado por microcanal que tiene una primera porción con una superficie de sustrato, y una segunda porción que comprende una sustancia que se funde por láser en la superficie del sustrato. Un microcanal se extiende a lo largo de al menos una de entre la primera porción y la segunda porción, estando el microcanal formado y encerrado tras la formación de la segunda porción. La sustancia puede ser un polvo que se recubre sobre la superficie del sustrato y posteriormente se funde con láser. Como alternativa al polvo, podrían utilizarse alambres finos o láminas delgadas.US2014126995 A1 discloses a microchannel cooled turbine component having a first portion with a substrate surface, and a second portion comprising a substance that is laser fused onto the substrate surface. A microchannel extends along at least one of the first portion and the second portion, the microchannel being formed and enclosed upon formation of the second portion. The substance may be a powder that is coated onto the surface of the substrate and subsequently laser fused. As an alternative to powder, fine wires or thin sheets could be used.
El documento US2007283786 A1 describe un procedimiento de fabricación de una herramienta de corte provista de conductos de refrigerante producidos mediante la no fusión de material pulverulento posicionado en las trayectorias deseadas de los conductos de suministro de refrigerante y la posterior eliminación de dicho material pulverulento no fundido para formar los conductos de suministro de refrigerante.The document US2007283786 A1 describes a method of manufacturing a cutting tool provided with coolant conduits produced by non-melting pulverulent material positioned in the desired trajectories of the coolant supply conduits and the subsequent removal of said non-melted pulverulent material to form the coolant supply lines.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
El objeto de la presente invención es satisfacer la necesidad mencionada y encontrar así una solución que sea más fiable y rentable que las técnicas conocidas.The object of the present invention is to satisfy the aforementioned need and thus find a solution that is more reliable and cost-effective than the known techniques.
El objeto se alcanza mediante un procedimiento según la reivindicación 1.The object is achieved by a method according to claim 1.
El proceso de fabricación aditiva puede programarse para formar el conducto situado dentro de la parte de borde. El proceso de fabricación aditiva puede ser un proceso adecuado de fabricación aditiva por haz de electrones, por ejemplo la fabricación aditiva basada en alambre metálico, por ejemplo WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing). WAAM es una técnica relativamente nueva y se ha desarrollado en gran medida en relación con la técnica de impresión en 3D. También se ha sugerido en el campo de la fabricación de hélices, principalmente con el fin de reducir su peso. Una configuración WAAM puede consistir en una configuración de soldadura convencional, con una fuente de calor, un alimentador de alambre y un brazo robótico para guiar la deposición de material capa por capa. El material se deposita únicamente en los lugares deseados según un programa informático que controla el brazo del robot. La fuente de calor puede ser un arco eléctrico, la materia prima puede ser un alambre de material de aportación de soldadura, y el brazo robótico puede controlar y guiar el proceso de deposición. Durante la WAAM, puede depositarse una sola capa de metal sobre una capa anterior.The additive manufacturing process can be programmed to form the conduit located within the rim portion. The additive manufacturing process can be a suitable electron beam additive manufacturing process, for example wire-based additive manufacturing, for example WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing). WAAM is a relatively new technique and has largely developed in relation to the 3D printing technique. It has also been suggested in the field of manufacturing propellers, mainly in order to reduce their weight. A WAAM setup can consist of a conventional welding setup, with a heat source, wire feeder, and robotic arm to guide layer-by-layer material deposition. The material is deposited only in the desired places according to a computer program that controls the robot arm. The heat source can be an electric arc, the raw material can be a material wire weld filler, and the robotic arm can control and guide the deposition process. During WAAM, a single layer of metal can be deposited on top of a previous layer.
Aunque relativamente nueva, la tecnología WAAM es conocida por la persona experta. Para más información, véase "Wire Arc Additive Manufacturing of Manganese Aluminium Bronze", de Milan Agnanien, en el que se describen diversos aspectos de la técnica WAAM en relación con la tecnología de palas de hélice; (https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3Af4a1bce3-fa67-4a04-8500-ead3391dacaa), y "Mechanical and Corrosion Behaviour of 3D Printed Aluminium Bronzes Produced by Wire Arc Additive Manufacturing", en particular las páginas 13-18, de Stamatis Kiakidis (https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A6394e228-595a-4b1bbbeb-ae0e98b86f97?collection=education), que se incorporan a la presente solicitud por referencia.Although relatively new, WAAM technology is known to the skilled person. For more information, see "Wire Arc Additive Manufacturing of Manganese Aluminum Bronze" by Milan Agnanien, which describes various aspects of WAAM as it relates to propeller blade technology; (https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3Af4a1bce3-fa67-4a04-8500-ead3391dacaa), and "Mechanical and Corrosion Behavior of 3D Printed Aluminum Bronzes Produced by Wire Arc Additive Manufacturing", in particular the pages 13-18, by Stamatis Kiakidis (https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A6394e228-595a-4b1bbbeb-ae0e98b86f97?collection=education), which are incorporated herein by reference.
El borde de ataque y un borde de salida de la pala pueden estar, como es conocido per se en la teoría de las hélices, conectados por un lado de presión y un lado de succión. Como es bien sabido en la teoría de las hélices, el borde de ataque es el borde de la pala que se encuentra más arriba en el fluido circundante. Como también es sabido, la pala puede estar diseñada a partir de perfiles aerodinámicos que se extienden en paralelo con el movimiento del fluido, y que se extienden desde el borde de ataque hasta el borde de salida de la pala. Una línea que se extiende desde el borde de ataque hasta el borde de salida se conoce como línea de cuerda. La línea de cuerda puede ser recta.The leading edge and a trailing edge of the blade may be, as is known per se in propeller theory, connected by a pressure side and a suction side. As is well known in propeller theory, the leading edge is the edge of the blade that is highest up in the surrounding fluid. As is also known, the blade can be designed from aerodynamic profiles that extend in parallel with the movement of the fluid, and that extend from the leading edge to the trailing edge of the blade. A line that runs from the leading edge to the trailing edge is known as the chord line. The chord line can be straight.
Aplicando la técnica WAAM para formar la parte de borde de la pala, el conducto para la distribución del aire se formará de una manera sencilla y rentable. Otra ventaja importante es que la pala será fuerte y segura en la región adyacente al borde de ataque, a pesar de la presencia del sistema de conductos de aire en esta región. De este modo, se elimina o, al menos, se reduce drásticamente el riesgo de grietas en el borde de ataque.By applying the WAAM technique to form the edge part of the blade, the air distribution duct will be formed in a simple and cost-effective manner. Another important advantage is that the blade will be strong and safe in the region adjacent to the leading edge, despite the presence of the air duct system in this region. Thus, the risk of leading edge cracking is eliminated or at least drastically reduced.
Preferentemente, el proceso de fabricación aditiva basado en alambre es un proceso de fabricación aditiva basado en alambre metálico.Preferably, the wire-based additive manufacturing process is a metal wire-based additive manufacturing process.
El conducto puede estar completamente encerrado por la parte de borde. El conducto puede estar delimitado por la parte de borde. Preferentemente, el proceso de fabricación aditiva está adaptado para formar el conducto delimitado por la parte de borde, en el que el conducto está completamente encerrado por la parte de borde. Al formar el conducto construyendo una parte de borde sobre la superficie receptora de la parte de borde mediante un proceso de fabricación aditiva basado en alambre, el conducto puede estar completamente encerrado por la parte de borde. De este modo, el proceso de fabricación aditiva puede adaptarse para formar el conducto, de modo que se sitúe dentro de la parte de borde. De este modo, se reduce considerablemente el riesgo de grietas en el conducto. En particular, mediante el proceso de fabricación aditiva basado en alambre, es posible retirar el conducto de la pieza en bruto de pala. De este modo, la superficie de unión entre la parte de borde y la pieza en bruto de pala puede aumentar significativamente, lo que permite reducir las tensiones entre las dos partes. Además, es posible formar el conducto sin esquinas afiladas, por ejemplo, con una sección transversal circular o elíptica, lo que reduce aún más el riesgo de grietas.The conduit may be completely enclosed by the edge part. The conduit may be delimited by the edge part. Preferably, the additive manufacturing process is adapted to form the duct bounded by the edge portion, wherein the duct is completely enclosed by the edge portion. By forming the conduit by building a rim part on the rim part receiving surface by a wire-based additive manufacturing process, the duct can be completely enclosed by the rim part. In this way, the additive manufacturing process can be adapted to form the conduit so that it lies within the edge portion. In this way, the risk of cracks in the duct is considerably reduced. In particular, through the wire-based additive manufacturing process, it is possible to remove the conduit from the blade blank. In this way, the joining surface between the edge part and the blade blank can be significantly increased, which makes it possible to reduce the stresses between the two parts. In addition, it is possible to form the duct without sharp corners, for example with a circular or elliptical cross section, further reducing the risk of cracks.
Sin embargo, en algunas realizaciones, la superficie receptora de la parte de borde puede formar una delimitación parcial del conducto. De este modo, el conducto puede estar parcialmente delimitado por la parte de borde. De acuerdo con una realización preferente, en una sección transversal coincidente con un perfil aerodinámico de la pala, la superficie receptora de la parte de borde es sustancialmente perpendicular a la línea de cuerda del perfil aerodinámico. Esto simplificará la fijación de la parte de borde, fabricada mediante el proceso WAAM, a la pieza en bruto de pala, y dará como resultado una fuerte unión entre la parte de borde y la pieza en bruto de pala.However, in some embodiments, the receiving surface of the edge portion may form a partial boundary of the conduit. In this way, the conduit can be partially delimited by the edge part. According to a preferred embodiment, in a cross section coincident with an airfoil of the blade, the receiving surface of the edge part is substantially perpendicular to the chord line of the airfoil. This will simplify the attachment of the edge part, manufactured by the WAAM process, to the blade blank, and will result in a strong bond between the edge part and the blade blank.
La cantidad de material aplicada a la parte de borde por el proceso de fabricación aditiva es tal que da como resultado que, según la presente invención, la distancia desde la superficie receptora de borde hasta el borde de ataque, de la pala a fabricar, corresponde generalmente a la anchura de la superficie receptora de la parte de borde entre un lado de presión y un lado de succión, conectando los bordes de ataque y de salida. La expresión "generalmente corresponde" se entiende, según la presente invención, como la distancia desde la superficie de recepción del borde hasta el borde de ataque que es inferior al doble y superior a la mitad de dicha anchura de la parte de borde. Esto proporciona unas dimensiones beneficiosas de la parte de borde fabricada según el proceso de fabricación aditiva por alambre, y significa que en una sección transversal de la pala, la parte de borde tendrá aproximadamente las mismas dimensiones en las dos direcciones perpendiculares. La altura de la parte de borde, es decir, la distancia desde la superficie receptora del borde de la pieza en bruto hasta el borde de ataque, será suficientemente grande para alojar el conducto para el aire. Las dimensiones relativas especificadas también limitan la altura de la parte de borde a un tamaño que no sea innecesariamente grande.The amount of material applied to the edge portion by the additive manufacturing process is such that it results in that, according to the present invention, the distance from the edge receiving surface to the leading edge of the blade to be manufactured corresponds generally to the width of the receiving surface of the edge part between a pressure side and a suction side, connecting the leading and trailing edges. The expression "generally corresponds" is understood, according to the present invention, as the distance from the receiving surface of the edge to the leading edge that is less than double and greater than half of said width of the edge part. This provides beneficial dimensions of the edge part manufactured according to the wire additive manufacturing process, and means that in a cross section of the blade, the edge part will have approximately the same dimensions in the two perpendicular directions. The height of the edge portion, ie the distance from the blank edge receiving surface to the leading edge, will be large enough to accommodate the air duct. The specified relative dimensions also limit the height of the border portion to a size that is not unnecessarily large.
Según otra realización preferente, la aplicación de la parte de borde se programa de tal manera que el conducto ocupe del 2 al 20% del volumen de la parte de borde. El conducto debe ser lo suficientemente ancho como para permitir que una cantidad suficiente de aire fluya a través del mismo hasta los orificios, a través de los cuales se expulsa. Por otro lado, la anchura del conducto debe limitarse para mantener la resistencia de la parte de borde. El rango especificado representa una adaptación beneficiosa a dichas exigencias. According to another preferred embodiment, the application of the edge part is programmed in such a way that the duct occupies 2 to 20% of the volume of the edge part. The duct must be wide enough to allow a sufficient amount of air to flow through it to the holes, through which it is exhausted. On the other hand, the width of the duct must be limited to maintain the strength of the edge part. The specified range represents a beneficial adaptation to such requirements.
Según otra realización preferente, los orificios están realizados de tal manera que cada orificio se extienda únicamente a través de la parte de borde. De este modo, los orificios desembocarán cerca del borde de ataque, es decir, en una región en la que pueden aparecer problemas de cavitación. También es una ventaja evitar que los agujeros se extiendan a través de dos partes diferentes, que posiblemente sean de diferente estructura y material. Preferentemente, los orificios se obtienen mediante perforación.According to another preferred embodiment, the holes are made in such a way that each hole extends only through the edge part. In this way, the holes will open close to the leading edge, that is to say, in a region where cavitation problems can appear. It is also an advantage to prevent the holes from extending through two different parts, possibly of different structure and material. Preferably, the holes are obtained by drilling.
Según otra realización preferente, la pieza en bruto de pala se obtiene medianteAccording to another preferred embodiment, the blade blank is obtained by
- proporcionar una pieza en bruto preliminar, con una forma que corresponda sustancialmente a la pala a fabricar, y- providing a preliminary blank, with a shape that substantially corresponds to the blade to be manufactured, and
- mecanizar una parte de la pieza en bruto preliminar, a lo largo de al menos una parte principal del borde de ataque de la pieza en bruto preliminar, de modo que el borde de ataque se corte a lo largo de dicha parte principal, formando así dicha superficie receptora de la pieza de borde.- machining a part of the preliminary blank, along at least a main part of the leading edge of the preliminary blank, so that the leading edge is cut along said main part, thus forming said edge piece receiving surface.
A través de dicha fabricación en dos etapas de la pieza en bruto de pala, la superficie receptora de la parte de borde puede tener una forma muy precisa y obtenerse de forma rentable.Through such two-stage manufacturing of the blade blank, the receiving surface of the edge part can be very precisely shaped and cost-effectively obtained.
Preferentemente, el conducto se estrecha hacia una punta de la pala. La pala puede presentar una raíz y una punta. De este modo, el área de la sección transversal del conducto puede reducirse en una dirección desde la raíz hacia la punta. El conducto puede estrecharse gradualmente hacia la punta de la pala. Así, el área de la sección transversal del conducto puede reducirse gradualmente en una dirección desde la raíz hacia la punta. Alternativamente, todo el conducto puede presentar un área de sección transversal constante. En algunas realizaciones, el conducto puede presentar una o más secciones con un área de sección transversal constante. De este modo, las secciones del conducto de sección transversal constante adyacentes pueden conectarse con una sección del conducto con un área de sección transversal que se reduce gradualmente en una dirección desde la raíz hacia la punta.Preferably, the passage tapers towards a tip of the blade. The blade can have a root and a tip. In this way, the cross-sectional area of the canal can be reduced in a direction from the root to the tip. The duct may gradually narrow towards the tip of the blade. Thus, the cross-sectional area of the canal can be gradually reduced in a direction from the root to the tip. Alternatively, the entire duct may have a constant cross-sectional area. In some embodiments, the conduit may have one or more sections with a constant cross-sectional area. Thus, adjacent conduit sections of constant cross-section can be connected with a conduit section with a gradually reducing cross-sectional area in a direction from root to tip.
El objeto de la invención también se consigue en que una pala para una hélice incluye las características de la reivindicación 8. El proceso de fabricación aditiva basado en alambre puede ser un proceso de fabricación aditiva basado en alambre metálico.The object of the invention is also achieved in that a blade for a propeller includes the features of claim 8. The wire-based additive manufacturing process may be a metal wire-based additive manufacturing process.
La parte de borde puede tener el conducto interno. El conducto interno puede estar dentro de la parte de borde. Preferentemente, el conducto está completamente encerrado por la parte de borde. Sin embargo, en algunas realizaciones, el cuerpo principal puede, junto con la parte de borde, delimitar el conducto interno.The edge part may have the internal conduit. The internal conduit may be inside the border part. Preferably the conduit is completely enclosed by the edge part. However, in some embodiments, the main body may, together with the edge part, delimit the internal conduit.
La distancia entre el cuerpo principal y el borde de ataque corresponde generalmente al grosor de la pala donde la parte de borde se fija, por ejemplo, al cuerpo principal.The distance between the main body and the leading edge generally corresponds to the thickness of the blade where the edge part is attached, for example, to the main body.
Por "generalmente corresponde" debe entenderse menos del doble y más de la mitad de dicho espesor.By "generally corresponds" should be understood less than twice and more than half of said thickness.
Según otra realización preferente, el conducto ocupa del 2 al 20% del volumen de la parte de borde.According to another preferred embodiment, the conduit occupies 2 to 20% of the volume of the edge part.
Según otra realización preferente, cada orificio se extiende únicamente a través de la parte de borde.According to another preferred embodiment, each hole extends only through the edge part.
Preferentemente, el conducto se estrecha gradualmente hacia una punta de la pala.Preferably, the passage tapers gradually towards a tip of the blade.
La invención también se refiere a una hélice provista de una pluralidad de palas según la presente invención, en particular según cualquiera de las realizaciones preferentes de la misma, y/o provista de una pluralidad de palas fabricadas según la presente invención, en particular según cualquiera de las realizaciones preferentes de la misma. La pala inventada, la hélice inventada y la realización preferente de las mismas tienen ventajas similares a las del procedimiento inventado y las realizaciones preferentes del mismo, cuyas ventajas se han descrito anteriormente. Preferentemente, la pala se fabrica según el procedimiento de la presente invención, en particular según cualquiera de las realizaciones preferentes de la misma.The invention also relates to a propeller provided with a plurality of blades according to the present invention, in particular according to any of the preferred embodiments thereof, and/or provided with a plurality of blades made according to the present invention, in particular according to any of the preferred embodiments thereof. The invented blade, the invented propeller and the preferred embodiment thereof have advantages similar to those of the invented method and the preferred embodiments thereof, the advantages of which have been described above. Preferably, the blade is manufactured according to the process of the present invention, in particular according to any of the preferred embodiments thereof.
Las realizaciones preferentes especificadas anteriormente se definen en las reivindicaciones dependientes. Debe entenderse que otras realizaciones pueden estar constituidas por cualquier combinación posible de las características en las reivindicaciones dependientes y cualquier combinación posible de estas características con características descritas en la siguiente descripción de ejemplos de la invención.The preferred embodiments specified above are defined in the dependent claims. It is to be understood that other embodiments may be constituted by any possible combination of the features in the dependent claims and any possible combination of these features with features described in the following description of examples of the invention.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La fig. 1 es una vista lateral de una pieza en bruto de pala preliminar, e ilustra una primera etapa de un ejemplo de un procedimiento según la invención de fabricación de una pala para una hélice.The fig. 1 is a side view of a preliminary blade blank, and illustrates a first stage of an example of a method according to the invention for manufacturing a blade for a propeller.
La fig. 2 es una vista lateral de una pieza en bruto de pala, e ilustra una segunda etapa de la forma ejemplar de llevar a cabo el procedimiento.The fig. 2 is a side view of a blade blank, and illustrates a second stage of the exemplary way of carrying out the process.
La fig. 3 es una vista en perspectiva de la pieza en bruto de pala representada en la fig. 2. The fig. 3 is a perspective view of the blade blank shown in fig. 2.
La fig. 4 en una vista lateral ilustra la pala fabricada según el ejemplo.The fig. 4 in a side view illustrates the blade manufactured according to the example.
La fig. 5 es una sección a lo largo de la línea A-A de la fig. 3.The fig. 5 is a section along the line A-A of fig. 3.
La fig. 6 es un diagrama de bloques que muestra las etapas del procedimiento descrito en las figs. 1-5.The fig. 6 is a block diagram showing the steps of the procedure described in figs. 1-5.
La fig. 6a es un diagrama de bloques que representa las etapas de un procedimiento según una realización alternativa de la invención.The fig. 6a is a block diagram depicting the steps of a method in accordance with an alternative embodiment of the invention.
Las figs. 7-9 ilustran otra alternativa para llevar a cabo la invención.The figs. 7-9 illustrate another alternative for carrying out the invention.
Descripción de ejemplosDescription of examples
La fig. 1 en una vista lateral ilustra una pieza en bruto preliminar 1a de fabricación de una pala de hélice según un ejemplo de una forma de llevar a cabo la invención. La pieza en bruto preliminar 1a tiene una forma que corresponde sustancialmente a la pala fabricada 1 (véase la fig. 4). De este modo, la pieza en bruto preliminar 1a tiene un borde de ataque 2a que corresponde sustancialmente al borde de ataque 2 de la pala fabricada 1. La pieza en bruto preliminar también presenta un borde de salida 13. Se entiende que, como es sabido por sí mismo, la pala de la hélice presenta las formas de los perfiles aerodinámicos que se extienden a lo largo de las direcciones de movimiento del fluido previstas a través de la pala. Como es sabido, las superficies aerodinámicas presentan líneas de cuerda respectivas (véase la fig. 5, "C") entre los bordes de ataque y de salida 2a, 13. En un lado de la pala, un lado de presión se extiende desde el borde de ataque hasta el borde de salida, y en el otro lado de la pala, un lado de succión se extiende desde el borde de ataque hasta el borde de salida.The fig. 1 in a side view illustrates a preliminary blank 1a for manufacturing a propeller blade according to an example of a way of carrying out the invention. The preliminary blank 1a has a shape that substantially corresponds to the manufactured blade 1 (see Fig. 4). Thus, the preliminary blank 1a has a leading edge 2a which substantially corresponds to the leading edge 2 of the manufactured blade 1. The preliminary blank also has a trailing edge 13. It goes without saying that, as is known By itself, the propeller blade exhibits the shapes of airfoils extending along the anticipated directions of fluid motion through the blade. As is known, the airfoils present respective chord lines (see fig. 5, "C") between the leading and trailing edges 2a, 13. On one side of the blade, a pressure side extends from the leading edge to the trailing edge, and on the other side of the blade, a suction side extends from the leading edge to the trailing edge.
La pieza en bruto preliminar 1a puede producirse por cualquier procedimiento conveniente, por ejemplo, por colada. El material utilizado para la pieza en bruto preliminar 1a puede ser, por ejemplo, un bronce aluminio, comúnmente denominado "bronce de hélice", un material de acero inoxidable o aluminio. Para el funcionamiento de las hélices en condiciones de hielo se suele utilizar un material de acero inoxidable. El aluminio suele utilizarse para las hélices más pequeñas.The preliminary blank 1a can be produced by any convenient process, for example by casting. The material used for the preliminary blank 1a can be, for example, an aluminum bronze, commonly called "propeller bronze", a stainless steel or aluminum material. For the operation of the propellers in icy conditions, a stainless steel material is usually used. Aluminum is often used for the smaller propellers.
En la siguiente etapa, ilustrada en las figs. 2 y 3, se mecaniza una parte a lo largo del borde de ataque 2a de la pieza en bruto preliminar 1a, creando una pieza en bruto de pala 1b con una superficie receptora de bordes 4. La superficie receptora de bordes 4 se mecaniza a lo largo del borde de ataque 2a de la pieza en bruto preliminar 1a. De este modo, se corta todo el material entre la línea de puntos 2a y la superficie receptora de la parte de borde 4. Como resultado, se forma un rebaje con la superficie receptora del borde 4. La pieza en bruto de pala 1b forma un cuerpo principal 1b de la pala acabada.In the next stage, illustrated in figs. 2 and 3, a part is machined along the leading edge 2a of the preliminary blank 1a, creating a blade blank 1b with an edge-receiving surface 4. The edge-receiving surface 4 is machined along along the leading edge 2a of the preliminary blank 1a. Thus, all material between the dotted line 2a and the receiving surface of the edge part 4 is cut. As a result, a recess is formed with the receiving surface of the edge 4. The blade blank 1b forms a main body 1b of the finished blade.
La superficie receptora del borde puede ser convexa o cóncava, o puede presentar una sección transversal sustancialmente recta. La superficie receptora del borde puede ser sustancialmente perpendicular a la extensión de las líneas de cuerda de superficie aerodinámica de la pala en la superficie receptora del borde. La "profundidad" de la porción a lo largo del borde de ataque, que se elimina, puede ser, por ejemplo, del 2-15% de la longitud de las líneas de cuerda, preferentemente del 5-12%, por ejemplo, aproximadamente del 7,5%, de la longitud de las líneas de cuerda. Así, la porción a lo largo del borde de ataque, que se retira, puede extenderse a lo largo de las líneas de cuerda, por ejemplo 2-15% de la longitud de las líneas de cuerda, preferentemente 5-12%, por ejemplo aproximadamente del 7,5%, de la longitud de las líneas de cuerda.The edge receiving surface may be convex or concave, or may have a substantially straight cross section. The edge receiving surface may be substantially perpendicular to the extent of the airfoil chord lines of the blade on the edge receiving surface. The "depth" of the portion along the leading edge, which is removed, can be, for example, 2-15% of the length of the chord lines, preferably 5-12%, for example about 7.5% of the length of the rope lines. Thus, the portion along the leading edge, which retreats, can extend along the chord lines, for example 2-15% of the length of the chord lines, preferably 5-12%, for example approximately 7.5%, of the length of the chord lines.
A continuación, se construye una parte de borde 3 sobre la superficie receptora de la parte de borde 4. Esto se hace con un proceso de fabricación aditiva basado en alambre metálico, en este ejemplo un proceso de Fabricación Aditiva por Alambre y Arco (WAAM). El proceso puede ser llevado a cabo por una máquina o robot, (no mostrado), que es programable para mover una o más herramientas en el mismo, por ejemplo, un soplete de soldadura y un dispositivo de alimentación de alambre, con el fin de añadir material para construir la parte de borde con la forma deseada.Next, an edge part 3 is built on the receiving surface of the edge part 4. This is done with an additive manufacturing process based on metal wire, in this example a Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process. . The process may be carried out by a machine or robot, (not shown), which is programmable to move one or more tools therein, for example a welding torch and a wire feed device, in order to add material to build the border portion into the desired shape.
El material utilizado para el proceso de fabricación aditiva puede ser, por ejemplo, un bronce aluminio, un material de acero inoxidable o aluminio.The material used for the additive manufacturing process can be, for example, an aluminum bronze, a stainless steel or aluminum material.
El proceso está programado para rellenar el rebaje formado en la etapa descrita anteriormente, de mecanizar una porción a lo largo del borde de ataque 2a, de tal manera que se forme un borde de ataque 2. De este modo, se añade material a la superficie receptora del borde 4 para formar una región a lo largo del borde de ataque de la pala. El proceso WAAM se programa y controla además para formar un conducto 6 (véase la fig. 5) dentro de la parte de borde 3. El conducto 6 recorre el contorno del borde de ataque 2 a lo largo de prácticamente toda su extensión, o al menos de la mayor parte de la misma.The process is programmed to fill the undercut formed in the step described above, of machining a portion along the leading edge 2a, in such a way that a leading edge 2 is formed. Thus, material is added to the surface edge receiving 4 to form a region along the leading edge of the blade. The WAAM process is further programmed and controlled to form a conduit 6 (see Fig. 5) within the edge part 3. The conduit 6 runs along the contour of the leading edge 2 along substantially its entire length, or at less than most of it.
Una pluralidad de orificios 7 se perfora desde el lado de succión 11 de la pala 1 hasta el conducto 6. Como puede verse en la fig. 3, la pala presenta un conducto de aire 8 que tiene una rama radial y otra axial. Este conducto de aire 3 puede fabricarse mediante perforación. Mediante el conducto de aire 8, el conducto 6 puede comunicarse con el cubo de la hélice (no representado), del que formará parte la pala 1. A plurality of holes 7 are drilled from the suction side 11 of the blade 1 to the conduit 6. As can be seen in fig. 3, the blade has an air duct 8 having a radial and an axial branch. This air duct 3 can be made by drilling. Through the air duct 8, the duct 6 can communicate with the propeller hub (not shown), of which the blade 1 will form a part.
En uso, el aire presurizado procedente de una fuente de aire en el cubo o conectada al mismo puede fluir a través del conducto de aire y a través del conducto 6 y los orificios 7 hacia el lado de succión 11 para suprimir la aparición de cavitación.In use, pressurized air from an air source in or connected to the hub can flow through the air duct and through the duct 6 and holes 7 to the suction side 11 to suppress the occurrence of cavitation.
Cabe señalar que, en algunas realizaciones, una pluralidad de orificios 7 puede perforarse desde el lado de succión 11, así como desde el lado de presión 12, es decir, desde ambos lados de la pala 1, en el conducto 6. En tales realizaciones, el aire presurizado de una fuente de aire en el cubo o conectado al mismo puede, en uso, fluir a través del conducto de aire y a través del conducto 6 y los orificios 7 hacia el lado de succión 11, así como hacia el lado de presión 12, para suprimir la aparición de cavitación.It should be noted that, in some embodiments, a plurality of holes 7 can be drilled from the suction side 11, as well as from the pressure side 12, that is, from both sides of the blade 1, in the duct 6. In such embodiments , pressurized air from an air source in or connected to the hub can, in use, flow through the air duct and through duct 6 and holes 7 to the suction side 11, as well as to the outlet side. pressure 12, to suppress the occurrence of cavitation.
Así, se proporciona una pala como la representada en la fig. 3. La pala presenta una raíz 111 y una punta 112. Preferentemente, el conducto 6 (fig. 5) se estrecha gradualmente hacia la punta 112. Es decir, el área de la sección transversal del conducto se reduce gradualmente en una dirección desde la raíz 111 hacia la punta 112.Thus, a blade is provided as shown in fig. 3. The blade has a root 111 and a tip 112. Preferably, the passage 6 (fig. 5) tapers gradually towards the tip 112. That is, the cross-sectional area of the passage gradually reduces in one direction from the root 111 to tip 112.
Debe entenderse que la forma de la pieza en bruto preliminar 1a, definida como sustancialmente correspondiente a la pala fabricada, puede ser tal que su región alrededor del borde de ataque 2a no presente precisamente la misma forma que la región alrededor del borde de ataque 2 de la pala acabada 1. Esto puede deberse a que, de todos modos, se va a cortar. De hecho, el borde de ataque de la pieza en bruto preliminar puede estar preferentemente algo rebajado, de forma que haya que cortar menos material para formar la superficie receptora del borde 4.It is to be understood that the shape of the preliminary blank 1a, defined as substantially corresponding to the manufactured blade, may be such that its region around the leading edge 2a does not present precisely the same shape as the region around the leading edge 2 of the finished blade 1. This may be because it's going to be cut anyway. In fact, the leading edge of the preliminary blank may preferably be somewhat recessed, so that less material has to be cut to form the edge-receiving surface 4.
También debe entenderse que la pieza en bruto de pala 1b no se obtiene necesariamente a través de una pieza en bruto de pala preliminar 1a como se muestra en la fig. 1. La pieza en bruto de pala 1b puede, por ejemplo, colarse directamente con la superficie receptora del borde 4, es decir, de manera que tenga la forma ilustrada en la fig. 2. Así, con referencia a la fig. 6, el procedimiento ejemplar descrito con referencia a las figs. 1-5 puede resumirse como sigue: Proporcionar una pieza en bruto preliminar, S1. Mecanizar una porción a lo largo del borde anterior de la pieza en bruto preliminar, S2. Construir la parte de borde, con el conducto, con WAAM, S3. Perforar orificios que se extiendan desde el conducto hasta el lado de succión S4 o, en algunas realizaciones, hasta ambos lados 11, 12. Como se entiende de la fig. 6a, en realizaciones en las que la pieza en bruto de pala 1b es colada directamente con la superficie receptora del borde 4, proporcionando S2, la pieza en bruto de pala puede ser sucedida por la etapa S3, en la que la parte de borde, con el conducto, es construida con WAAM.It should also be understood that the blade blank 1b is not necessarily obtained through a preliminary blade blank 1a as shown in fig. 1. The blade blank 1b can, for example, be cast directly with the edge-receiving surface 4, ie in such a way that it has the shape illustrated in fig. 2. Thus, with reference to fig. 6, the exemplary procedure described with reference to FIGS. 1-5 can be summarized as follows: Providing a preliminary blank, S1. Machine a portion along the leading edge of the preliminary blank, S2. Build the edge part, with the duct, with WAAM, S3. Drill holes extending from the conduit to the suction side S4 or, in some embodiments, to both sides 11, 12. As understood from fig. 6a, in embodiments where the blade blank 1b is directly cast with the edge receiving surface 4, providing S2, the blade blank may be succeeded by step S3, wherein the edge part, with the conduit, it is built with WAAM.
La fig. 7 en una vista lateral ilustra una pala 101 según otro ejemplo de la invención. La pala consta de una primera pieza 101b y una segunda pieza 103. La primera pieza 101b puede fabricarse según cualquier técnica tradicional, como la colada. La segunda pieza 103 se ha construido sobre la primera pieza 101a mediante un proceso WAAM. En este ejemplo, la segunda pieza 103 forma el borde de ataque 102 de la pala 101.The fig. 7 in a side view illustrates a blade 101 according to another example of the invention. The blade consists of a first part 101b and a second part 103. The first part 101b can be manufactured using any traditional technique, such as casting. The second part 103 has been built on top of the first part 101a using a WAAM process. In this example, the second piece 103 forms the leading edge 102 of the blade 101.
La fig. 8 es una sección a lo largo de la línea B-B de la fig. 7, según un primer ejemplo, y la fig. 9 es una sección a lo largo de la misma línea según un ejemplo alternativo.The fig. 8 is a section along the line B-B in fig. 7, according to a first example, and fig. 9 is a section along the same line according to an alternative example.
La primera pieza se realiza en material tradicional utilizado para la fabricación de hélices. La segunda pieza producida por el proceso WAAM es de un material que tiene, en comparación con el material de la primera pieza, una mayor resistencia al daño por impacto y/o a la erosión. En algunas realizaciones, el borde de ataque de una pala de bronce puede ser recubierto por material de acero inoxidable añadido por WAAM para aumentar la fuerza y la resistencia al desgaste. Esto es beneficioso ya que la segunda pieza en estos ejemplos esté situada donde la pala está particularmente expuesta al desgaste. Otras ubicaciones de la segunda pieza también pueden ser apropiadas en caso de que las condiciones de trabajo sean tales que pueda esperarse un desgaste excesivo en algún lugar de dicha otra ubicación. En una alternativa aún mayor, se puede construir más de una pieza fabricada con WAAP sobre la primera pieza. Además, en la segunda pieza 103 hay un conducto similar al mostrado en la fig. 5. The first piece is made of traditional material used for the manufacture of propellers. The second part produced by the WAAM process is of a material that has, compared to the material of the first part, a higher resistance to impact damage and/or erosion. In some embodiments, the leading edge of a bronze blade may be clad with stainless steel material added by WAAM to increase strength and wear resistance. This is beneficial as the second piece in these examples is located where the blade is particularly exposed to wear. Other locations of the second part may also be appropriate in case the working conditions are such that excessive wear can be expected somewhere in said other location. In an even greater alternative, more than one WAAP-made part can be built on top of the first part. Furthermore, in the second piece 103 there is a conduit similar to the one shown in fig. 5.
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